Mode-C運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)研究

劉同先，李 慶，王晨琳，李天涯，肖 鵬，蔣朱敏，劉曉黎，甯忠豪

(中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041)

運(yùn)行與控制模式是指反應(yīng)堆在各種允許工況運(yùn)行時(shí)，通過控制棒、可溶硼等的使用，對功率水平、軸向偏移、堆芯冷卻劑平均溫度等參數(shù)變化范圍的規(guī)定和控制方式[1]。運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)在國外屬于成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)，如廣泛應(yīng)用的Mode-A模式、Mode-G模式和MSHIM模式等。國內(nèi)壓水堆核電廠均沿用國外成熟的運(yùn)行與控制模式，如華龍一號(hào)也采用了Mode-G模式。尚未見到國內(nèi)其他單位關(guān)于運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)的介紹。

運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)作為堆芯設(shè)計(jì)和核電廠運(yùn)行之間的重要聯(lián)系樞紐，不同的運(yùn)行與控制模式對核電廠的經(jīng)濟(jì)性、安全性、靈活性和操縱便利性有重要影響。開展運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)的自主化研究，有利于促進(jìn)運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)國內(nèi)核電廠運(yùn)行優(yōu)化。

本文結(jié)合國內(nèi)壓水堆核電廠的運(yùn)行需求，嘗試開展與之適應(yīng)的Mode-C運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)，以探索運(yùn)行與控制模式的設(shè)計(jì)方法。運(yùn)行與控制模式涉及多專業(yè)配合，本文探索反應(yīng)堆物理專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要包括控制策略設(shè)計(jì)、控制棒設(shè)置設(shè)計(jì)、核電廠運(yùn)行方式設(shè)計(jì)、核電廠運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)等。

1 國內(nèi)外研究情況

1.1 Mode-A模式

Mode-A模式[2]僅設(shè)置1組調(diào)節(jié)棒組(D、C、B、A)，控制棒均為黑體控制棒，自動(dòng)控制反應(yīng)堆冷卻劑平均溫度(Tavg)；通過操縱員手動(dòng)操作控制堆芯軸向功率偏差(ΔI)，具體的操作步驟為調(diào)硼改變Tavg→控制棒組自動(dòng)動(dòng)作→改變?chǔ)。反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)主要是靠調(diào)節(jié)可溶硼濃度實(shí)現(xiàn)，此外，通過調(diào)節(jié)堆內(nèi)可溶硼濃度補(bǔ)償由于燃耗、氙濃度變化等引起的較慢的反應(yīng)性變化。

Mode-A模式要求反應(yīng)堆在滿功率或接近滿功率水平下穩(wěn)定運(yùn)行，ΔI一般不需人為干預(yù)，操縱員每天僅需幾次的調(diào)硼操作補(bǔ)償堆芯燃耗。而對于較大的負(fù)荷變化，Mode-A模式無法快速調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率(由于慢化劑中硼濃度的變化受系統(tǒng)硼化或稀釋能力的限制)，且對一次冷卻劑進(jìn)行頻繁的稀釋和硼化；調(diào)硼產(chǎn)生大量放射性廢液，增加了運(yùn)行成本、操縱員負(fù)擔(dān)等，因而Mode-A模式有良好的基負(fù)荷運(yùn)行能力，但負(fù)荷跟蹤運(yùn)行能力相對較差。

1.2 Mode-G模式

Mode-G模式[3]設(shè)置兩組調(diào)節(jié)棒組：功率補(bǔ)償控制棒組(G1、G2、N1、N2)和溫度調(diào)節(jié)棒組(R)，功率補(bǔ)償控制棒組采用部分灰體控制棒，棒組間設(shè)置重疊步以減少對徑向和軸向功率分布的影響，可以較高的速度調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率；溫度調(diào)節(jié)棒組均為黑體控制棒，自動(dòng)控制Tavg，通過操縱員手動(dòng)操作控制堆芯ΔI；調(diào)節(jié)堆內(nèi)可溶硼濃度補(bǔ)償由于燃耗、氙濃度變化等引起的較慢的反應(yīng)性變化。

Mode-G模式保留了Mode-A模式良好的基負(fù)荷運(yùn)行能力，在此基礎(chǔ)上，設(shè)置專門的控制棒組用于反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)，控制棒組位置和功率水平一一對應(yīng)，從根本上解決了調(diào)節(jié)硼濃度改變功率水平導(dǎo)致的速率過慢問題。Mode-G模式允許根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的變化，快速降低或提高反應(yīng)堆功率水平，但負(fù)荷變化過程中仍需調(diào)硼操作。因而Mode-G模式有良好的基負(fù)荷運(yùn)行能力，負(fù)荷跟蹤運(yùn)行能力相對增強(qiáng)。

1.3 MSHIM模式

MSHIM模式[4-6]通過高、低價(jià)值控制棒的組合對反應(yīng)性進(jìn)行機(jī)械控制。設(shè)計(jì)低價(jià)值控制棒(灰棒，機(jī)械補(bǔ)償控制棒組，MA、MB、MC、MD)取代部分可溶硼對反應(yīng)性的均勻控制，并使其對功率分布的影響最小；設(shè)計(jì)高價(jià)值控制棒(黑棒，軸向偏移控制棒組，AO)控制堆芯的軸向功率分布。由于灰棒組的引入，不再需對堆芯可溶硼濃度進(jìn)行頻繁調(diào)整以補(bǔ)償反應(yīng)性改變。

MSHIM模式大部分時(shí)間內(nèi)依靠控制棒進(jìn)行燃耗補(bǔ)償、快速反應(yīng)性變化和功率的調(diào)節(jié)，并階段性調(diào)節(jié)硼濃度，用于保持控制棒在運(yùn)行區(qū)間內(nèi)。MSHIM模式能在很大程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了不調(diào)硼負(fù)荷跟蹤，提高了反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行靈活性。與傳統(tǒng)壓水堆核電廠相比，可溶硼調(diào)整頻率大幅降低。

1.4 模式比較

Mode-A模式、Mode-G模式有良好的基負(fù)荷運(yùn)行能力，僅需將少量的控制棒(D/R)插入堆芯即可滿足正常的運(yùn)行需求。相比Mode-A模式，Mode-G模式負(fù)荷跟蹤運(yùn)行能力相對增強(qiáng)，但兩個(gè)模式負(fù)荷跟蹤過程中均需頻繁地調(diào)硼操作，帶來下述不足之處：產(chǎn)生大量放射性廢液，壽期末利用調(diào)硼操作會(huì)產(chǎn)生較壽期初多倍的廢液；調(diào)硼操作相對頻繁而且是手動(dòng)實(shí)施的，增加了操縱員負(fù)擔(dān)。MSHIM模式實(shí)現(xiàn)了不調(diào)硼負(fù)荷跟蹤運(yùn)行，有良好的負(fù)荷跟蹤運(yùn)行能力，但基負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，仍有大量控制棒(MA、MB、MC、MD中的數(shù)組控制棒和AO棒組)插入堆芯，減少了部分安全裕量，并帶來一定的隱性經(jīng)濟(jì)損失(控制棒燃耗損失、壽期末提棒操作難度大等)。

2 Mode-C模式設(shè)計(jì)技術(shù)研究

2.1 Mode-C模式控制策略

壓水堆核電廠運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)主要解決核電廠兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的控制任務(wù)：Tavg和ΔI。反應(yīng)堆冷卻劑參考溫度(Tref)是汽輪機(jī)功率水平的函數(shù)，通過將Tavg控制在Tref附近，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆功率跟隨核電廠發(fā)電機(jī)功率變化[7]。在實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆功率跟隨核電廠發(fā)電機(jī)功率變化的過程中，為維持一定的安全裕量，還需將堆芯的功率分布形狀控制在規(guī)定的運(yùn)行范圍內(nèi)[8]，通常它包含徑向和軸向功率分布。徑向功率分布很大程度上由堆芯燃料管理確定；軸向功率分布很大程度上由操縱員控制的參數(shù)決定，包括軸向燃耗、功率水平、氙分布、控制棒位置，總的軸向功率分布通過ΔI監(jiān)測，通常有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式。

運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合核電廠的運(yùn)行需求，美國用戶要求文件URD[9]和歐洲用戶要求文件EUR[10]均要求新一代核電廠具有不調(diào)硼負(fù)荷跟蹤能力。同時(shí)，針對國內(nèi)壓水堆核電廠以基負(fù)荷運(yùn)行方式為主、負(fù)荷跟蹤運(yùn)行[11-15]需求較少的特點(diǎn)，本文嘗試將Mode-A模式、Mode-G模式和MSHIM模式的優(yōu)點(diǎn)集中到1個(gè)運(yùn)行與控制模式(Mode-C模式)中。

對于基負(fù)荷及其他不要求反應(yīng)堆功率作頻繁調(diào)節(jié)的運(yùn)行，參考Mode-A模式、Mode-G模式，僅將1組控制棒插入堆芯以完成核電廠控制任務(wù)，有成熟的運(yùn)行和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可供參考，有利于核電廠安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。對于負(fù)荷跟蹤及其他要求反應(yīng)堆功率作頻繁調(diào)節(jié)的運(yùn)行，參考MSHIM模式，使用控制棒代替調(diào)節(jié)可溶硼進(jìn)行堆芯反應(yīng)性控制，負(fù)荷跟蹤過程中的反應(yīng)性和功率分布通過棒控系統(tǒng)自動(dòng)完成，大幅減輕操縱員負(fù)擔(dān)。

為實(shí)現(xiàn)Mode-C模式上述設(shè)想，需設(shè)置兩套獨(dú)立控制的調(diào)節(jié)棒組：T棒組和AO棒組，使用可溶硼補(bǔ)償較長時(shí)期的燃料和可燃毒物燃耗效應(yīng)，并使控制棒組在期望的運(yùn)行區(qū)間內(nèi)。設(shè)計(jì)兩種控制模式供操縱員選擇：單變量自動(dòng)控制模式下，僅AO棒組插入堆芯，自動(dòng)控制Tavg；操縱員關(guān)注ΔI是否位于規(guī)定的運(yùn)行范圍(運(yùn)行圖/運(yùn)行帶)內(nèi)，通過手動(dòng)操作控制ΔI(調(diào)硼改變Tavg→AO棒組自動(dòng)動(dòng)作→改變?chǔ))。雙變量自動(dòng)控制模式下：T棒組和AO棒組均插入堆芯；T棒組自動(dòng)控制Tavg；AO棒組自動(dòng)控制ΔI。

由于單變量自動(dòng)控制模式運(yùn)行時(shí)，AO棒組由溫度偏差信號(hào)驅(qū)動(dòng)；雙變量自動(dòng)控制模式運(yùn)行時(shí)，AO棒組由堆芯軸向偏移的偏差信號(hào)驅(qū)動(dòng)，T棒組由溫度偏差信號(hào)驅(qū)動(dòng)；在雙變量自動(dòng)控制模式和單變量自動(dòng)控制模式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換時(shí)，需對AO控制棒組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)合適的切換操作。Mode-C模式[16-17]具有手動(dòng)、自動(dòng)一體的控制模式，允許操縱員根據(jù)運(yùn)行方式需求，選擇ΔI手動(dòng)控制或自動(dòng)控制。

2.2 控制棒設(shè)置設(shè)計(jì)

Mode-C模式控制策略主要通過控制棒完成，T棒組和AO棒組設(shè)置設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)核電廠正常運(yùn)行過程中，堆芯功率峰因子和功率偏移在設(shè)計(jì)限值之內(nèi)，控制棒設(shè)置設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)考慮如下原則： T棒組的價(jià)值和重疊步須經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保棒組在進(jìn)行變負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)對軸向功率偏移的影響盡可能小；AO棒組應(yīng)具有相對較大的價(jià)值，在軸向移動(dòng)較小的情況下，即可較明顯地影響堆芯的軸向功率分布；為保證AO棒組對ΔI的有效控制，須確保在任何功率水平下，以及T棒組在任何棒位下，AO棒組的棒位與軸向偏移均是單調(diào)函數(shù)關(guān)系。

以目前海南昌江核電廠1、2號(hào)機(jī)組長燃料循環(huán)的燃料管理方案為基礎(chǔ)，使用SCIENCE程序包[18]進(jìn)行計(jì)算分析(后續(xù)所有計(jì)算均基于該計(jì)算條件進(jìn)行)。根據(jù)停堆裕量要求及負(fù)荷跟蹤過程中的反應(yīng)性變化初步確定各棒組數(shù)目；生成可能的棒組布置方案，對所有方案逐一計(jì)算，綜合考慮停堆裕量、T棒組價(jià)值、AO棒組價(jià)值、功率分布，對各布置方案進(jìn)行排序和篩選。圖1和圖2分別示出滿足要求的控制棒束組件布置和堆芯控制棒布置。T棒組包括灰棒和黑棒兩種控制棒組件?；野艄?2束，分為3組(T1、T2和T3)，3個(gè)灰棒組全部插入堆芯時(shí)可提供相當(dāng)于900～1 200 pcm的反應(yīng)性。黑棒組共8束，分為兩組(T4和T5)。

圖1 控制棒束組件布置Fig.1 Control rod cluster assembly layout

圖2 堆芯控制棒布置Fig.2 Core control rod layout

如2.1節(jié)描述，T棒組僅在雙變量自動(dòng)控制模式運(yùn)行時(shí)插入堆芯，代替調(diào)節(jié)可溶硼進(jìn)行堆芯反應(yīng)性控制。T棒組間的重疊步基于如下因素確定：在控制棒插入或提出時(shí)提供平滑的負(fù)反應(yīng)性或正反應(yīng)性引入、盡量降低對堆芯軸向功率分布擾動(dòng)、盡量擴(kuò)大灰棒組運(yùn)行范圍?；趫D2確定的控制棒布置方案，分別計(jì)算典型燃耗步、典型功率水平以及升降功率過程中ΔI隨T棒組位置的變化量(暫不考慮氙瞬變對軸向功率分布影響)。圖3示出了平衡循環(huán)BOL燃耗步的分析結(jié)果，橫坐標(biāo)為插入堆芯的T棒組價(jià)值，縱坐標(biāo)為T棒組插入導(dǎo)致的ΔI變化量。

圖3 T棒組不同重疊步對堆芯ΔI的影響Fig.3 Core ΔI vs. overlap of T bank

從圖3可看出，灰棒組間的重疊步范圍為70～110時(shí)，對ΔI的影響幅度較?。灰坏┖诎艚M(T4)進(jìn)入堆芯即會(huì)對ΔI產(chǎn)生較為明顯的影響(幅度約為20%)，因此應(yīng)盡量避免黑棒組在負(fù)荷跟蹤過程中插入堆芯，灰棒組與黑棒組、黑棒組與黑棒組間應(yīng)采用盡量小的重疊步，如參考MSHIM模式重疊步取12。最終考慮所有燃耗步的計(jì)算結(jié)果后，推薦T1、T2與T2、T3間的重疊步范圍為70～110，T3、T4與T4、T5間的重疊步為12。由于未考慮堆芯軸向氙分布瞬態(tài)變化對ΔI的影響，在后續(xù)的核電廠運(yùn)行方式設(shè)計(jì)中需進(jìn)行適當(dāng)敏感性分析，以確定最優(yōu)重疊步。

2.3 核電廠運(yùn)行方式設(shè)計(jì)

核電廠可能出現(xiàn)的主要運(yùn)行方式包括核電廠啟動(dòng)、升功率、停堆、甩負(fù)荷、基負(fù)荷運(yùn)行、調(diào)頻運(yùn)行和負(fù)荷跟蹤運(yùn)行等。核電廠運(yùn)行方式設(shè)計(jì)通過理論計(jì)算方式模擬核電廠各種運(yùn)行方式的操作過程，一方面證明2.1節(jié)中的Mode-C模式控制策略的可行性，另一方面可作為核電廠運(yùn)行規(guī)程的導(dǎo)則。對于Mode-C模式，無論哪種運(yùn)行方式，均可根據(jù)負(fù)荷變化需求，選擇Mode-C模式下相應(yīng)自動(dòng)控制模式。在負(fù)荷變化需求較小時(shí)，執(zhí)行單變量自動(dòng)控制模式；在負(fù)荷變化需求較大時(shí)，執(zhí)行雙變量自動(dòng)控制模式。

1) 單變量自動(dòng)控制模式下的操作方式

以下將以基負(fù)荷運(yùn)行為例進(jìn)行介紹。基負(fù)荷運(yùn)行指電廠長期保持穩(wěn)定的功率水平，Tavg的小幅變化通過自動(dòng)的AO棒組動(dòng)作補(bǔ)償，并周期性改變硼濃度以將AO棒組趕回目標(biāo)范圍。為確保AO棒組具有足夠的反應(yīng)性引入能力，以滿足補(bǔ)償堆芯反應(yīng)性擾動(dòng)的要求(5%FP/min線性變化及10%FP階躍變化的機(jī)動(dòng)性要求)，并盡可能使軸向功率分布平坦，需確定AO棒組的最小插入深度。在這個(gè)最小的插入深度基礎(chǔ)上，考慮AO棒組一定的活動(dòng)范圍，即AO棒組的調(diào)節(jié)帶。

操縱員手動(dòng)操作控制ΔI位于規(guī)定的運(yùn)行帶內(nèi)，運(yùn)行帶通過與堆芯燃耗對應(yīng)的參考軸向功率偏差(ΔIref)和運(yùn)行帶寬(如±5%)確定。通過在調(diào)節(jié)帶內(nèi)選擇合適的位置(滿足反應(yīng)性控制任務(wù)的前提下避免燃料產(chǎn)生不必要的較大軸向燃耗梯度)作為AO棒組參考棒位，滿功率、平衡氙、參考棒位下的ΔI即為ΔIref?；?fù)荷運(yùn)行過程中Tavg超出控制死區(qū)將觸發(fā)AO棒組自動(dòng)移動(dòng)，操縱員要關(guān)注AO棒組是否位于調(diào)節(jié)帶內(nèi)和ΔI是否位于設(shè)定的運(yùn)行帶內(nèi)，當(dāng)上述任何1項(xiàng)不滿足控制要求時(shí)，操縱員需手動(dòng)進(jìn)行硼化/稀釋操作，調(diào)整硼濃度便可自動(dòng)改變AO棒組的位置，從而保證AO棒組在規(guī)定的調(diào)節(jié)帶內(nèi)運(yùn)行，且軸向功率分布在規(guī)定的運(yùn)行區(qū)內(nèi)。

AO棒組調(diào)節(jié)帶和ΔI運(yùn)行帶的設(shè)定方法均是國內(nèi)核電廠廣泛應(yīng)用的成熟方法，本文不再詳細(xì)介紹。通過上述步驟，AO棒組自動(dòng)將Tavg控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了核電廠Tavg的自動(dòng)控制和ΔI的手動(dòng)控制，滿足了Mode-C模式單變量自動(dòng)控制模式下的控制策略要求。

2) 雙變量自動(dòng)控制模式下的操作方式

以下將以負(fù)荷跟蹤運(yùn)行為例進(jìn)行介紹。負(fù)荷跟蹤是以24 h為周期的機(jī)組功率降低和恢復(fù)滿功率的功率改變運(yùn)行方式，特定的負(fù)荷跟蹤形式如下：在3 h內(nèi)從100%FP降至50%FP，維持低功率6 h，在3 h內(nèi)恢復(fù)滿功率并持續(xù)至24 h。負(fù)荷跟蹤運(yùn)行過程中，T棒組和AO棒組均插入堆芯，T棒組自動(dòng)控制Tavg，AO棒組自動(dòng)控制ΔI。為實(shí)現(xiàn)T棒組自動(dòng)控制Tavg、AO棒組自動(dòng)控制ΔI的控制任務(wù)，需確定負(fù)荷跟蹤前T棒組的初始位置、AO棒組的初始位置和ΔIref的初始值。

如2.1節(jié)控制策略所述，基負(fù)荷運(yùn)行時(shí)T棒組不插入堆芯，在從基負(fù)荷運(yùn)行轉(zhuǎn)換為負(fù)荷跟蹤運(yùn)行時(shí)，為補(bǔ)償負(fù)荷跟蹤過程中氙引入的負(fù)反應(yīng)性，需根據(jù)核電廠運(yùn)行情況，預(yù)先將T棒組插入堆芯較深的位置。優(yōu)化設(shè)定T棒組初始位置的依據(jù)為：使T棒組在負(fù)荷跟蹤期間不會(huì)超出提出限和插入限、AO棒組不會(huì)完全提出。優(yōu)化設(shè)定AO棒組初始位置和ΔIref初始值的依據(jù)為：堆芯在負(fù)荷跟蹤過程中不會(huì)出現(xiàn)不可接受的軸向功率分布。

T棒組初始位置與負(fù)荷跟蹤類型和堆芯物理參數(shù)相關(guān)，包括控制棒價(jià)值、功率虧損和氙價(jià)值等。對于各種瞬態(tài)和堆芯條件，并不存在一個(gè)廣泛適用的單一初始棒位。根據(jù)成功執(zhí)行負(fù)荷跟蹤操作且負(fù)荷跟蹤過程中廢水產(chǎn)生量最小的原則，確定T棒組初始棒位。如果T棒組移動(dòng)范圍仍超出了允許區(qū)間，或出現(xiàn)了不可接受的ΔI，應(yīng)考慮在瞬態(tài)期間調(diào)硼以減少T棒組移動(dòng)需求。因此負(fù)荷跟蹤運(yùn)行前，通過預(yù)先的理論模擬計(jì)算是確定上述參數(shù)最優(yōu)值的推薦措施。

圖4示出了平衡循環(huán)95%壽期末的負(fù)荷跟蹤理論模擬計(jì)算示例。通過少量的調(diào)硼(67 ppm稀釋至62 ppm)插T棒組操作，并將ΔIref設(shè)為-1%，則在后續(xù)共持續(xù)4 d的負(fù)荷跟蹤運(yùn)行中，硼濃度不需變化的情況下，T棒組自動(dòng)將Tavg控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)、AO棒組自動(dòng)將ΔI維持在設(shè)定的運(yùn)行帶內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了核電廠Tavg和ΔI的自動(dòng)控制，滿足了Mode-C模式雙變量自動(dòng)控制模式下的控制策略要求。如果進(jìn)行長期負(fù)荷跟蹤運(yùn)行，則需調(diào)硼補(bǔ)償堆芯燃耗引起的反應(yīng)性變化，但調(diào)硼頻率不會(huì)超過每天1次。

2.4 核電廠運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)

核電廠是否滿足安全要求可通過堆芯功率能力分析、事故分析等相關(guān)安全分析全面論證。如2.3節(jié)所述，通過對核電廠主要運(yùn)行方式的模擬計(jì)算，即可初步確定滿足運(yùn)行需求的控制棒組插入范圍、ΔI變化范圍(運(yùn)行圖)。它即是核電廠運(yùn)行方式設(shè)計(jì)的結(jié)果匯總，又是后續(xù)安全分析的設(shè)計(jì)輸入。圖5示出的核電廠運(yùn)行范圍流程圖中，運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)作為堆芯燃料管理和堆芯功率能力分析、事故分析等相關(guān)安全分析間的銜接，確定了功率能力分析和事故分析的初始輸入條件。核電廠的最終運(yùn)行范圍是通過迭代確定的，安全分析確定最終的控制棒組范圍、運(yùn)行圖，而核電廠必須在確定的運(yùn)行范圍內(nèi)運(yùn)行，反過來又影響了核電廠正常運(yùn)行時(shí)的操作方式，最終目的就是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行靈活性和安全裕量間的平衡。

圖4 不調(diào)硼負(fù)荷跟蹤的計(jì)算結(jié)果Fig.4 Calculation result of load follow with fixed boron

圖5 確定核電廠運(yùn)行范圍流程圖Fig.5 Flowchart of nuclear power plant operation range design

3 結(jié)論

國內(nèi)壓水堆核電廠均沿用國外成熟的運(yùn)行與控制模式，開展運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)的自主化研究，有利于促進(jìn)國內(nèi)核電廠運(yùn)行優(yōu)化。本文針對國內(nèi)壓水堆核電廠以基負(fù)荷運(yùn)行方式為主、負(fù)荷跟蹤運(yùn)行需求較少的運(yùn)行特點(diǎn)，調(diào)研了國內(nèi)外情況，首次開展了Mode-C運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)，得到如下結(jié)論。

1) 探索了運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)在反應(yīng)堆物理專業(yè)上的設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要包括控制策略設(shè)計(jì)、控制棒設(shè)置設(shè)計(jì)、核電廠運(yùn)行方式設(shè)計(jì)、核電廠運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)，按上述設(shè)計(jì)步驟，給出了Mode-C運(yùn)行與控制模式的設(shè)計(jì)技術(shù)。

2) Mode-C運(yùn)行與控制模式針對國內(nèi)壓水堆核電廠的運(yùn)行特點(diǎn)，取眾家之長：對于壽期內(nèi)的主要運(yùn)行方式(基負(fù)荷)，維持當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的控制策略不變，有成熟的運(yùn)行和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可供參考，有利于核電廠安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。對于壽期內(nèi)需求較少的運(yùn)行方式(例如負(fù)荷跟蹤、氙振蕩)，參考MSHIM模式，使用控制棒代替調(diào)節(jié)可溶硼進(jìn)行堆芯反應(yīng)性控制，反應(yīng)性和功率分布控制通過棒控系統(tǒng)自動(dòng)完成，提升經(jīng)濟(jì)性，大幅減輕操縱員負(fù)擔(dān)。

研究結(jié)果表明：Mode-C運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)際解決工程問題，設(shè)計(jì)流程完備，理論模型正確[16-17]。本文主要是將上述科研成果進(jìn)行歸納總結(jié)，從總體上介紹運(yùn)行與控制模式設(shè)計(jì)技術(shù)的研究思路，供國內(nèi)同行探討。